MODULO ENERGIA AMBIENTALE - IMPIANTI DI RISCALDAMENTO CON POMPE DI CALORE CORSO 21.3
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ENERGIE RINNOVABILI PENTA PROJECT
FORMAZIONE CONTINUA MODULARE
MODULO
ENERGIA AMBIENTALE
IMPIANTI DI RISCALDAMENTO
CON POMPE DI CALORE
CORSO 21.3
Patronato
Organismo Arbeitsgemeinschaft für Solarenergie SWISSOLAR Fördergemeinschaft Wärmepumpen Schweiz, FWS Haustechnik-Fachlehrvereinigung SSHL Hochschule Technik+ Architektur Luzern, FHZ Holzenergie Schweiz; Holzfeuerungen Schweiz Schweizer Agentur für erneuerbare Energien, AEE Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, SIA Schweizerischer Kaminfegermeister-Verband, SKMV Schweizerisch-Liechtensteinischer Gebäudetechnikverband (suissetec) Schweizerischer Verein von Wärme- und Klima-Ingenieuren, SWKI Schweizerischer Verein für Kältetechnik, SVK Schweizerische Vereinigung Beratender Ingenieurunternehmungen, usic Schweizerische Vereinigung für Geothermie, SVG SOLAR - Schweizerischer Fachverband für Sonnenenergie SOLAR SUPPORT; Schweizerischer Verband Dach und Wand SVDW; Verband Schweizerischer Elektro-Installationsfirmen, VSEI Verband Schweizerischer Hafner- und Plattengeschäfte, VHP Vereinigung Schweizerischer Sanitär- und Heizungsfachleute, VSSH Hubrainweg 10, 8124 Maur, Tel. 01 908 40 80, Fax 01 908 40 88 info@pentaproject.ch, www.pentaproject.ch
Corso 21.3:
Energia ambientale impianti di riscaldamento con pompe di calore www.pentaproject.ch
Indice
1. Temperature di dimensionamento per gli impianti di riscaldamento 3
2. Temperature di sistema 6
3. Temperature ambiente 7
4. Curva di riscaldamento 7
5. Potenza di riscaldamento e fabbisogno energetico annuale 8
6. Produzione di acqua calda tramite pompa di calore 8
7. Circuiti idraulici standard per le pompe di calore 9
8. Sonde geotermiche 10
9. Messa in funzione 11
10. Allegati 12
Patronato
1Corso 21.3:
www.pentaproject.ch Energia ambientale impianti di riscaldamento con pompe di calore
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1. Temperature di dimensionamento per gli
impianti di riscaldamento
La determinazione delle temperature dell’aria esterna di dimensionamento
negli impianti di riscaldamento si basa sulla Norma SIA 384.201. Non è la
temperatura dell’aria esterna più bassa riscontrabile in un luogo determinato
quella decisiva, ma bensì quella rilevata più frequentemente. La temperatura
dell’aria esterna di dimensionamento per il calcolo termico di uno stabile di-
pende dai fattori seguenti:
• I periodi di freddo esistenti nel luogo di costruzione dello stabile
• la capacità d’accumulo termica dello stabile
Periodi freddi:
I periodi molto freddi durano per lo più solamente pochi giorni. Il diagramma
seguente illustra, per la stazione climatologica dell’ISM di Zurigo, il rapporto
tra la temperatura dell’aria ambiente esterna, la durata di un periodo freddo e
il numero di casi per anno.
Figura 1:
Temperature estreme per la
stazione climatologica
dell’ISM di Zurigo
Esempio:
Un periodo freddo di quattro giorni con una temperatura esterna di -8.3 °C, é
registrata dall’ISM di Zurigo al massimo una volta all’anno.
Più la temperatura esterna scelta é bassa e più il periodo di freddo scelto é
lungo, più questi periodi saranno rari durante l’arco di un anno. È dunque
inutile prendere come temperatura dell’aria dei valori estremi che si riscontrano
se caso ogni quattro o cinque anni.
Un’altra possibilità per stimare l’evoluzione delle temperature dell’aria esterna
é il cosiddetto diagramma delle frequenze cumulate. Questo diagramma
permette di leggere il numero di ore all’anno durante le quali la temperatura é
superiore o inferiore a un valore dato. In generale, sono indicate delle curve
distinte per il giorno e per la notte. Anche questo diagramma si basa su dei
valori misurati sull’arco di più anni.
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Figura 2:
Frequenza delle temperature
per le ore giornaliere e not-
turne
G = ore giornaliere dalle 07:00 alle 19:00
N = ore notturne dalle 19:00 alle 07:00
Esempio: il numero medio di ore giornaliere con una temperatura inferiore ai
– 2 °C nei luoghi citati é uguale a circa 300 ore. Il numero delle ore notturne é
di circa 450.
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Dati climatici esterni determinanti
La vecchia Norma SIA 384/2 indica le temperature dell’aria esterna non corretta
oltre ad altre informazioni relative al clima per circa 170 località.
Figura 3:
Dati climatici esterni
determinanti (estratto della
Norma SIA 384/2)
Capacità d’accumulo del calore di uno stabile
Quando nella baracca di cantiere fredda, viene acceso il riscaldamento, in
breve tempo l’ambiente si riscalda. Se il riscaldamento viene spento
nuovamente, il locale si raffredda rapidamente.
Diversamente avviene quando si riscalda una costruzione di tipo massiccio.
La fase di riscaldamento dura relativamente a lungo, in quanto le superfici
massicce tutto intorno assorbono il calore e lo immagazzinano. Quando il
riscaldamento viene spento, il calore accumulato è liberato e mantiene la
stanza a temperatura per un periodo determinato. In questo modo, le variazioni
di temperatura esterna sono percettibili all’interno solo dopo un certo lasso di
tempo, a causa dell’inerzia termica dello stabile. Questa inerzia termica deve
ugualmente essere presa in considerazione nella determinazione della tem-
peratura da adottare. È per questo motivo che la vecchia Norma SIA 384/2
opera una distinzione tra le costruzioni di tipo massiccio e quelle leggere.
Esempio:
Figura 4:
Struttura Struttura di una parete esterna
2x Fermacell 15 cm per una costruzione leggera
(costruzione in legno)
Fibbre di cellulosa 220 mm
Listonatura incrociata
60/100 mm
Pannello Homatherm 100 mm
Pannello inclusa imper-
meabilizzazione al vento e
alle intemperie 16 mm
Ventilazione 30 mm
Protezione contro le
intemperie aperta
Abete rosso 22 mm
La massa attivata dal calore si compone di due placche Fermacell (massa
specifica di circa 36 kg/m2).
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Figura. 5:
Struttura di una parete esterna
di tipo massiccio con
isolazione esterna
La massa attivata dal calore è composta da mattoni (massa specifica di circa
80 kg/m2, profondità di penetrazione del calore di ca. 5 – 6 cm).
Oltre le pareti, anche i pavimenti e le solette devono essere presi in conside-
razione nel calcolo della massa.
2. Temperature di sistema
Temperatura del sistema di riscaldamento
In linea di principio bisogna prestare attenzione in modo che le temperature di
mandata del riscaldamento per gli impianti con pompe di calore siano più
basse possibili. Questo permette di mantenere un coefficiente di prestazione
della pompa di calore elevato e garantire il funzionamento efficace della PdC.
Le basse temperature del sistema necessitano un sistema di emissione del
calore appropriato (per esempio riscaldamento a pavimento).
Nuove costruzioni:
Le superfici di riscaldamento del sistema d’emissione del calore devono essere
dimensionate in maniera da essere più grandi possibili, così da scegliere
delle temperature di mandata comprese tra i 30 °C e i 45 °C (per te = –8 °C).
Risanamenti/trasformazioni:
La temperatura di mandata massima non deve superare il valore massimo
raggiungibile dalla PdC. Nel caso questa esigenza non possa essere rispettata,
devono essere valutate delle misure costruttive come l’isolamento dell’involucro
dello stabile o del pavimento del solaio/soffitto della cantina. L’installazione di
finestre nuove può ugualmente permettere una riduzione dei consumi energetici
degli stabili fino al 30 %.
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3. Temperature ambiente
Le temperature ambiente raccomandate non variano unicamente in funzione
dell’utilizzo dei locali, ma ugualmente in funzione della qualità dell’involucro
dello stabile. In modo particolare per i vecchi stabili, dotati di facciate mal
isolate o di vecchie finestre, la temperatura interna deve essere leggermente
aumentata. Le basse temperature superficiali delle pareti devono essere
compensate dalle temperature interne più elevate, al fine di ottenere un
benessere termico accettabile.
La tabella seguente raggruppa i valori indicativi generali per le temperature
interne ti. Altri valori indicativi per la ti, corrispondenti a diversi tipi di stabili e
locali, sono indicati nella Norma SIA 384.201.
Lavoro Lavoro Lavoro manuale in officina
Figura. 6:
Luogo tranquillo d'ufficio debole medio forte Valori generali indicativi per ti
F i sso 16 15 14
20 20
Mobile 16 14 12
4. Curva di riscaldamento
La quantità di calore che deve essere fornita a uno stabile (o a un locale)
dipende strettamente dalla temperatura esterna risp. dalla differenza tra la
temperatura esterna e quella dell’ambiente. Per questo motivo, la temperatura
di mandata della distribuzione di calore può ugualmente essere adattata in
funzione della temperatura esterna.
55
1 2 3
4
50
5
Temperatura di mandata [°C]
6
45
7
Vorlauftemperatur [°C]
8
40
9
10
35
30
25
20
25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -18 Figura 7:
Diagramma delle curve di
Temperatura dell’aria esterna [°C] riscaldamento
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7Corso 21.3:
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La relazione tra la temperatura di mandata e la temperatura esterna é chiamata
curva di riscaldamento, risp. la curva di riscaldamento rappresenta la dipendenza
della temperatura di mandata da quella esterna.
La curva di riscaldamento dipende strettamente dal singolo oggetto da
riscaldare, in quanto l’impianto di riscaldamento funziona con differenti
temperature di sistema e il genere dell’isolamento termico e dell’accumulo
può variare molto in funzione del tipo di stabile.
Anche il tipo di sistema d’emissione del calore (corpi riscaldanti, convettori,
riscaldamento a pavimento, ecc.) influenza la posizione della curva di
riscaldamento. La definizione delle singole curve di riscaldamento è data dal
grado della pendenza (inclinazione della curva di riscaldamento).
Nell’apparecchio di regolazione dell’impianto di riscaldamento è possibile
spostare verso l’alto e verso il basso, oltre che l’inclinazione della curva di
riscaldamento (diverse costanti), anche la curva stessa in modo parallelo (per
esempio riduzione del riscaldamento durante la notte).
Il punto di lavoro corretto (la giusta curva) può spesso essere unicamente
raggiunto effettuando delle regolazioni e degli adattamenti ripetuti durante un
periodo relativamente lungo.
5. Potenza di riscaldamento e fabbisogno
energetico annuale
Un dimensionamento appropriato delle pompe di calore e un sistema
d’esercizio adattato al fabbisogno, permettono un utilizzo ottimale degli impianti
di riscaldamento in termini di consumi energetici.
Nuove costruzioni
Per le nuove costruzioni, il fabbisogno di potenza termica e d’energia sono
Questo procedimento è calcolati in maniera dettagliata conformemente alla Norma SIA 384.201 risp.
descritto nella scheda 380/1. I calcoli effettuati secondo la Norma SIA 380/1 («L’energia termica
tecnica «Dimensionamento nell’edilizia») costituiscono un elemento necessario per l’ottenimento del
delle pompe di calore» (vedi permesso di costruzione.
allegati)
Risanamenti/trasformazioni
Nel caso di risanamento o di sostituzione dei produttori di calore, la potenza
termica da installare per la pompa di calore può essere determinata sia in
funzione dei consumi energetici annuali medi sull’arco di diversi anni, sia
attraverso i rilievi del carico energetico necessario, effettuati sull’impianto
esistente.
6. Produzione di acqua calda tramite pompa di
calore
La temperatura richiesta nella maggior parte dei casi per l’acqua calda, tra i 55 e
i 60 °C, corrisponde al limite d’impiego massimo della pompa di calore. Per
questo motivo è importante stabilire se l’acqua calda sanitaria deve essere
mantenuta a questo livello durante un periodo limitato nel tempo o in modo
permanente. Un innalzamento eventuale della temperatura può effettuarsi
direttamente elettricamente o, in estate, per mezzo di un impianto solare termico.
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Pompe di calore per acqua di consumo (acqua calda sanitaria)
Rispetto a un bollitore elettrico, una pompa di calore per la produzione di acqua
calda sanitaria (vedi figura) può permettere di risparmiare oltre il 60 % di corrente
elettrica. Grazie a questa economia d’energia è chiamata perciò anche bollitore
a «risparmio di corrente». Il locale d’installazione deve essere isolato (caso ide-
ale) dai locali riscaldati. La pompa di calore toglie del calore e dell’umidità dall’aria
ambiente. Per questo motivo la pompa di calore per la produzione dell’acqua
calda sanitaria è spesso installata nei locali adibiti all’essiccamento degli
indumenti. Il volume del locale dell’installazione deve essere di ca. 20 m3. La
pompa di calore per la produzione dell’acqua calda sanitaria permette di ottenere
dell’acqua a 55 °C. Con il bollitore a „risparmio di corrente“ è prevista la
combinazione di fonti di calore. Attraverso un impianto complementare a collettori
solari termici, il consumo energetico annuale per la produzione di acqua calda
può essere ulteriormente e massicciamente ridotto.
Raccomandazione relativa alla legionella
In materia d’installazione, sono da considerare le
direttive della SSIGA (Società Svizzera
dell’Industria del Gas e dell’Acqua).
Temperature raccomandate per la produ-
zione di acqua calda: Figura 8:
• per il riscaldamento dell’acqua calda nel Pompa di calore per la
produzione di acqua calda di
bollitore, al minimo 60 °C
consumo
• al punto di prelievo, minimo 50 °C
7. Circuiti idraulici standard per le pompe di calore
L’integrazione dei produttori di calore nel sistema idraulico dell’impianto di
riscaldamento è fondamentale per il funzionamento corretto di quest’ultimo.
Figura 9:
Circuito standard Nr 3:
impianto di una pompa di
calore con accumulatore in
serie
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Al fine di garantire un’integrazione idraulica corretta per i differenti tipi di pompa
I circuiti idraulici standard di calore, sono stati definiti diversi circuiti standard. Questi circuiti idraulici
sono presenti negli allegati standard sono stati sperimentati per più anni e devono essere utilizzati durante
la progettazione di nuovi impianti e di quelli rinnovati.
8. Sonde geotermiche
In generale
Strutturate in un circuito chiuso, le sonde geotermiche e i fasci di tubi nel
terreno «estraggono» del calore dal terreno. Come fluido termovettore viene
utilizzata dell’acqua addizionata con agenti antigelo. Il calore immagazzinato
è innalzato mediante la pompa di calore fino alla temperatura necessaria al
riscaldamento dello stabile e, all’occorrenza per il riscaldamento dell’acqua
calda sanitaria.
Le sonde geotermiche attualmente utilizzate correntemente sono caratterizzate
da delle lunghezze tra i 50 e i 250 metri e permettono di raggiungere una tem-
peratura uguale per il giorno e la notte. Per esempio, ad una profondità di 200
metri si trova una temperatura constante di ca. 17 °C. Questo permette il fun-
zionamento delle pompe di calore anche in inverno, quando la temperatura
esterna è bassa.
L’utilizzazione delle sonde geotermiche necessita, nella maggior parte dei
cantoni, l’ottenimento di un’autorizzazione (• Uffici cantonali dell’energia)
Grandezze importanti per il dimensionamento delle sonde
geotermiche
• Tipo di sottosuolo: il fattore più importante per il dimensionamento di una
sonda geotermica è la conduttività termica del sottosuolo. Più la conduttività
termica é elevata, più la potenza di estrazione potrà essere elevata (vedi
tabella).
• Umidità naturale del suolo: migliora la conduttività termica e garantisce un
buon contatto tra la sonda ed il terreno.
• Falda freatica: se una sonda geotermica si trova in una falda freatica caratte-
rizzata da una velocità di flusso superiore a qualche centimetro al giorno,
la quantità di calore utilizzabile aumenta considerevolmente.
• Materiale della sonda: grazie alla loro manipolazione relativamente semplice
e alla loro buona resistenza alla corrosione, i tubi in materia sintetica in
polietilene a buon mercato si sono imposti come materiali per la costruzione
delle sonde. Da un punto di vista termico, lo spessore della parete deve
essere il più ridotto possibile, ciò nonostante deve poter resistere alla
pressione del terreno.
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10Corso 21.3:
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Sottosuolo Conducibilità Potenza di Lunghezza delle sonde
termica estrazione geotermiche per kW di potenza
specifica di riscaldamento (m)
Tabella 1:
(W/mK) (W/m) C LA = 3 CLA = 3.5 Valori pratici relativi al
«dimensionamento
Sottosuolo di cattiva qualità inferiore 20 33 36
approssimativo» di un
(roccie mobili secche) a 1.5
impianto con sonde
Roccie dure o roccie mobili 1.5 a 3.0 50 13 14 geotermiche nei differenti tipi
sature d'acqua di roccia. Questi valori si
applicano unicamente
Roccie dure a conducibilità maggiore 3.0 70 19.5 10 all’altopiano svizzero e
termica elevata prendendo in considerazione
un numero massimo di
Ghiaia, sabbia, secco 0.4 inferiore a 20 maggiore a 33 maggiore a 36
funzionamento di 1800 ore.
Ghiaia, sabbia, acquifero 1.8 a 2.4 55 a 65 10 a 12 11 a 13 Possono differire in maniera
importante in funzione
Limo, argilla, umido 1.7 30 a 40 17 a 22 18 a 24 dell’altitudine e della
configurazione locale della
Pietra calcarea, massiccio 2.8 45 a 60 11 a 15 12 a 16
roccia, come la presenza di
Arenaria 2.3 55 a 65 10 a 12 11 a 13 fessure ed alterazioni. (CLA =
coefficiente di lavoro annuo)
Granito 3.4 55 a 70 9.5 a 12 10 a 13 Tabella e testo provenienti da:
www.geothermal-energy.ch
Basalto 1.7 35 a 55 12 a 19 13 a 20
Gneis 2.9 60 a 70 9.5 a 11 10 a 16
9. Messa in funzione
La messa in funzione della pompa di calore avrà luogo solo dopo il
completamento dell’installazione . Visto che la potenza di riscaldamento e
quella di refrigerazione, come anche la potenza elettrica assorbita dalla pompa
di calore sono direttamente influenzate dalle condizioni quadro momentanee,
non è sufficiente per esempio mettere in servizio la pompa di calore unicamente
per caricare l’accumulatore. Con la messa in servizio degli altri elementi
dell’impianto (consumatori), queste condizioni possono cambiare considere-
volmente.
I valori di esercizio istantanei che sono stati raggiunti per caso o solamente
per una breve durata possono essere completamente differenti e sfavorevoli
nel seguito dell’esercizio. Il risultato sono allora guasti o funzioni insufficienti
o parzialmente errate accanto a malcontenti e perdite di tempo per cercarne
le cause. Il montatore responsabile della messa in servizio della pompa di
calore non è ne l’installatore ne il progettista e può lavorare in modo corretto a
condizione che tutti gli elementi dell’impianto sono pronti e che abbia a
disposizione tutti i valori necessari alla regolazione. Attenzione: per gli impianti
con pompe di calore, non esiste «la regolazione standard di fabbrica»!
Patronato
11Corso 21.3:
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Il livello di temperatura deve essere regolato secondo la zona climatica e il
Checklist 7 per la pompa di
calore: la messa in funzione dimensionamento del sistema di riscaldamento. La temperatura della fonte di
delle pompe di calore é calore non è dappertutto identica! La messa in funzione dovrebbe avere luogo
presente negli allegati durante il periodo di riscaldamento e se possibile durante la mezza stagione.
In questo caso il rapporto carico/potenza, legato alla temperatura della fonte
di calore, è ottimale per la regolazione. Bisogna imperativamente rinunciare a
una messa in funzione quando l’impianto é incompleto, in quanto le condizioni
quadro sono così sfavorevoli e possono provocare dei danni importanti alla
pompa di calore e alla fonte di calore.
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12Corso 21.3:
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10. Allegati
• Scheda tecnica per il dimensionamento delle pompe di calore
(svizzeraenergia)
• Circuiti idraulici standard per le pompe di calore
• Schede tecniche per le pompe di calore No 2, 5, 6 (GSP)
• Checklist 7 per la pompa di calore: messa in funzione delle pompe di
calore (GSP)
Patronato
13Hubrainweg 10, 8124 Maur, Tel. 01 908 40 80, Fax 01 908 40 88; info@pentaproject.ch www.pentaproject.ch Organismo: Arbeitsgemeinschaft für Solarenergie SWISSOLAR; Fördergemeinschaft Wärmepumpen Schweiz, FWS; Haustechnik-Fachlehr- vereinigung SSHL; Hochschule Technik+ Architektur Luzern, FHZ; Holzenergie Schweiz; Holzfeuerungen Schweiz; Schweizer Agentur für Patronato erneuerbare Energien, AEE; Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, SIA; Schweizerischer Kaminfegermeister-Verband , SKMV; Schweizerisch-Liechtensteinischer Gebäudetechnikverband (suissetec); Schweizerischer Verein von Wärme- und Klima-Ingenieuren, SWKI; Schweizerischer Verein für Kältetechnik, SVK; Schweizerische Vereinigung Beratender Ingenieurunternehmungen, usic; Schweizerische Vereinigung für Geothermie, SVG; SOLAR - Schweizerischer Fachverband für Sonnenenergie; SOLAR SUPPORT; Schweizerischer Verband Dach und Wand, SVDW; Verband Schweizerischer Elektro-Installationsfirmen, VSEI; Verband Schweizerischer Hafner- und Plattengeschäfte, VHP; Vereinigung Schweizerischer Sanitär- und Heizungsfachleute, VSSH
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